Klimatizácia operačných sál a pridružených miestností 6/2022

Klimatizačné sústavy primárnym spôsobom eliminujú vzduchom prenášané patogénne častice vo vnútorných priestoroch, ktoré sú v zmysle STN EN ISO 14644-1:2016 Čisté priestory a príslušné riadené prostredia, definované ako čistý priestor. Takéto sústavy však môžu byť pri výpočte a návrhu komplikované v dôsledku viacerých faktorov, ktoré neumožňujú vytvoriť jeden prototyp vzduchotechnickej sústavy. Variabilný vplyv na návrh spôsobujú vstupy, ako je v prvom rade požadovaná trieda čistoty miestností, veľkosť miestností, aplikovaná medicínska technológia, rôzny počet operatérov a obsluhujúceho personálu, typ použitého oblečenia či rôzne druhy a trvanie samotných chirurgických zákrokov. Klimatizácia by mala poskytovať komfortné tepelno-vlhkostné prostredie pre všetkých členov chirurgického tímu a zároveň zabrániť tomu, aby pacient počas operačného zákroku netrpel hypotermiou, t. j. stavom, keď teplota organizmu klesá pod 35 °C, úroveň potrebnú na bežný metabolizmus a fungovanie.

Preto je v počiatočnom štádiu projektovania vzduchotechnickej sústavy pre čistý priestor potrebné zvážiť mnohé technické, technologické, logistické i etické vplyvy [1].

KRÁTKY POHĽAD DO HISTÓRIE

V minulosti boli navrhnuté prvé čisté priestory v nemocniciach na infekčných oddeleniach. V tej dobe bolo preukázané, že práve baktérie sú príčinou infekcie rán. Vznikli tak prvé princípy návrhu čistého priestoru: prívod čistého filtrovaného vzduchu a vytvorenie pretlaku v čistej miestnosti vhodným zvolením zvýšenia prietoku privádzaného vzduchu oproti odvádzanému.

Postupne sa čisté priestory začali používať nielen v zdravotníctve, ale aj pri výrobe citlivých súčiastok chúlostivých na kvalitu vzduchu počas ich výroby, ale skutočne veľký rozvoj nastal až v 60. rokoch minulého storočia. V roku 1960 americký fyzik Dr. Willis Whitfield (1919 – 2012) vyvinul koncept jednosmerného (laminárneho) prúdenia vzduchu a v roku 1962 ho aplikoval v čistej miestnosti v Sandia National Laboratories v Novom Mexiku, kde pôsobil ako zamestnanec. Na vyriešenie problémov s prachovými časticami, ktoré spôsobovali výrazné znižovanie spoľahlivosti a kvality komponentov vyrábaných produktov, navrhol Dr. Whitfield miestnosť, do ktorej sa vháňal vzduch zo stropu a nasával sana úrovni podlahy, čo umožňovalo vzduchu pohybovať sa konštantnou a stabilnou rýchlosťou. Filtre vyčistili vzduch predtým, ako vstúpil do miestnosti, a gravitácia už pomohla všetkým zvyšným časticiam odísť zo sledovaného priestoru. Keď testoval svoj čistý priestor, detektory častíc ukazovali také nízke hodnoty, že mnohí odborníci jeho tvrdeniam neverili. Whitfieldov návrh umožnil štandardizovať požiadavky na čisté priestory nielen v zdravotníctve, ale zohral aj kľúčovú úlohu pri výskume a vývoji, ktorý vytvoril veľkú časť technológie, čo nás obklopuje. Sú nevyhnutné na výrobu mnohých produktov, ako sú počítačové čipy, fotovoltika či mikroelektromechanické systémy [2].

ČISTÝ PRIESTOR Z HĽADISKA LEGISLATÍVY

Čistý priestor je definovaný ako priestor, v ktorom je koncentrácia častíc vznášajúcich sa vo vzduchu riadená; ktorý je tak konštruovaný a používaný, aby počet častíc zavlečených do priestoru, vzniknutých a usadených v priestore bol minimálny, a aby sa iné parametre súvisiace s čistotou, ako teplota vnútorného vzduchu, jeho relatívna vlhkosť a tlak, riadili podľa potreby.

Zdrojmi znečistenia môžu byť: vonkajší vzduch (častice prachu), činnosť osôb (emisie častíc ako kvapky potu z povrchu tela), činnosť technologických zariadení alebo transport plynných a kvapalných materiálov nutných na výrobu.

Výpočet a koncepčný návrh vzduchotechnických zariadení musia vychádzať z nasledujúcich predpisov a noriem (výber):

Vyhláška MZ SR č. 124/2017 Z. z.,

ktorou sa mení a dopĺňa vyhláška MZ SR č. 259/2008 Z. z. o podrobnostiach o požiadavkách na vnútorné prostredie budov a o minimálnych požiadavkách na byty nižšieho štandardu a na ubytovacie zariadenia, v znení vyhlášky MZ SR č. 210/2016 Z. z.

Vyhláška MZ SR č. 237/2009 Z. z.,

ktorou sa mení a dopĺňa vyhláška MZ SR č. 549/2007 Z. z., ktorou sa ustanovujú podrobnosti o prípustných hodnotách hluku, infrazvuku a vibrácií a o požiadavkách na objektivizáciu hluku, infrazvuku a vibrácií v životnom prostredí.

Vyhláška MZ SR č. 553/2007 Z. z.,

ktorou sa ustanovujú podrobnosti o požiadavkách na prevádzku zdravotníckych zariadení z hľadiska ochrany zdravia, v znení vyhlášky MZ SR č. 192/2015 Z. z.

Výnos MZ SR č. 09812/2008-OL

o minimálnych požiadavkách na personálne zabezpečenie a materiálovo-technické vybavenie jednotlivých druhov zdravotníckych zariadení 3/15

STN EN ISO 14644-1:2016 Čisté priestory a príslušné riadené prostredia

až STN EN ISO 14644-9:2013

Prvým krokom k návrhu stavebného, dispozičného, technologického alebo technického vybavenia čistého priestoru je jeho klasifikácia. Záväzným právnym predpisom je vyhláška MZ SR č. 129/2012 Z. z. a pokyn ŠÚKL (Štátneho ústavu kontroly liečiv), resp. predpis EÚ GMP ANNEX 1 (tab. č. 1).

Tab. č. 1 Klasifikácia čistých priestorov podľa STN EN ISO 14644:2016 [3]

Poznámka:

Trieda A a B zodpovedajú triede 100, M 3.5, ISO 5. Trieda C zodpovedá triede 10.000, M 5.5, ISO 7. Trieda D zodpovedá triede 100.000, M 6.5, ISO 8.

Odporúčaným technickým predpisom na klasifikáciu čistých priestorov je STN EN ISO 14644-1:2016 Čisté priestory a príslušné riadené prostredie. Časť 1: Klasifikácia čistoty ovzdušia pomocou koncentrácie častíc (ISO 14644-1:2015) (tab. č. 2).

Tab. č. 2 Klasifikácia čistých priestorov podľa STN EN ISO 14644:2016 [3]

V mnohých projektoch zdravotníckej technológie sa však stretávame s pôvodným označením čistých priestorov v zmysle amerických záväzných právnych predpisov, konkrétne US Federal Standard 209E (tab. č. 3) napriek tomu, že tento predpis už nahradila norma ISO 14644.

Tab. č. 3 Klasifikácia čistých priestorov podľa US Federal Standard 209E [4]

STAVEBNÁ KONŠTRUKCIA A DISPOZIČNÉ RIEŠENIE ČISTÉHO PRIESTORU

K návrhu čistého priestoru sa pristupuje ako k montovanej vstavbe do jestvujúceho objektu. Požiadavky stavebného charakteru sú definované v samostatnej časti projektu pod názvom Zdravotnícka technológia, kde sú presne definované nároky kladené na jednotlivé miestnosti, ako napríklad protišmyková, elektrostaticky vodivá podlaha; dezinfikovateľné, umývateľné steny a strop; v stenách môžu byť osadené okná s funkciou na prívod denného svetla aj na kontrolu a komunikáciu medzi pracovníkmi. Na hraniciach zón s rozdielnou triedou čistoty sa umiestňujú diferenčné tlakomery na vizuálnu kontrolu tlakového spádu – pretlaku. Dvere môžu byť plné alebo sklené, otočné alebo posuvné; musia byť hladké bez prelisov a viditeľného tesnenia okolo sklenej výplne a so spodnou výsuvnou tesniacou lištou. Miestnosti personálneho a materiálového filtra sú vybavené zvukovou a optickou signalizáciou, ktorá upozorňuje na nežiaduci stav súčasne otvorených dverí. Okná sú pevné, zdvojené zo špeciálneho profilu, do ktorého sú osadené a zatmelené tabuľové dvoj- alebo trojsklá. Povrch zasklenia plynule nadväzuje na povrch stien alebo dverí. Tesný kazetový podhľad sa skladá z nosného rastra, v ktorom sú uchytené jednotlivé kazety. Podhľad je pomocou závesných tyčí prichytený na nosnú konštrukciu stropu. Súčasťou podhľadu sú vynechané konštrukčné časti jednak na uchytenie laminárneho stropu alebo distribučných prvkov s čistými nadstavcami s HEPA (prípadne ULPA) filtrami na prívod vzduchu a jednak vynechané konštrukčné časti na zapustenie osvetľovacích telies alebo zapustenie ramena operačného svietidla. Všetky viditeľné diely sú vybavené epoxidovým práškovým náterom, všetky škáry sú zatmelené, celá sústava podhľadov a stien (priečok) je vodivo pospájaná a napojená na uzemnenie objektu [5]. Celý čistý priestor sa čistí mokrým spôsobom, čomu musí byť prispôsobená celá stavebná konštrukcia.

Podmienkou vytvorenia dobre fungujúceho čistého priestoru je správny návrh vnútornej dispozície. Ten nezohľadňuje iba požiadavky na užívanie čistého priestoru, ale zabezpečuje aj požadované pretlakové pomery medzi zónami (miestnosťami) s rôznou triedou čistoty a samotné požadované triedy čistoty. Vstup personálu do čistého priestoru sa vždy rieši cez hygienické filtre (medzimiestnosti), ktoré takisto oddeľujú priestory s rôznou triedou čistoty.

Obr. č. 1 Pôdorys dispozičného riešenia operačnej sály s pridruženými čistými priestormi [archív autora]

Súčasťou vstupu môže byť aj vzduchová sprcha, ktorá dokáže vysokoúčinne odstrániť častice zachytené na oblečení personálu. Priamy vstup alebo výstup z čistého priestoru nie sú možné (obr. č. 1). Výnimku tvoria transportné, prípadne únikové cesty. Tie však musia byť chránené proti zneužitiu.

VZDUCHOTECHNIKA

Vzduchotechnika tvorí jednu z najdôležitejších technických súčastí čistého priestoru. Na tomto mieste je azda vhodné podotknúť, že často používaný názov vzduchotechnického zariadenia „vetranie čistého priestoru“ nie je z terminologického hľadiska celkom správny, pretože zo samotnej definície vetrania vyplýva, že ide len o výmenu vnútorného vzduchu znehodnoteného škodlivinami za vonkajší čistý vzduch. To by však na dosiahnutie požadovanej triedy čistoty jednoznačne nestačilo. Preto je dôležité použiť termín klimatizácia, t. j. „klimatizácia čistého priestoru“, pretože tento pojem je definovaný ako vzduchotechnické zariadenie, ktoré okrem vetrania zabezpečuje aj všetky štyri psychrometrické úpravy privádzaného vzduchu (ohrev, chladenie, zvlhčovanie, odvlhčovanie). Čisté priestory sú jednoznačne priestory s presne definovanými požiadavkami tak na teplotu, ako aj na relatívnu vlhkosť vnútorného vzduchu a to by nebolo možné dosiahnuť bez vzduchotechnickej jednotky, ktorá spĺňa všetky parametre klimatizačnej jednotky.

Pri úprave vzduchu pre čistý priestor dostávajú prednosť technologické požiadavky pred požiadavkami na pohodu vnútorného prostredia. Všeobecne platí, že hlavnou úlohou vzduchotechniky je chrániť personál, pacienta i okolité prostredie. Najväčší dôraz sa kladie na čistotu privádzaného vzduchu, ktorú zabezpečuje trojstupňová filtrácia (na vstupe a výstupe zo vzduchotechnickej jednotky a pred samotným distribučným prvkom). Ďalším technickým parametrom je vytvorenie tlakového spádu podľa zón s rozdielnou triedou čistoty. Celý čistý priestor je v pretlaku oproti okolitým priestorom s rozdielom 10 až 15 Pa na hraniciach jednotlivých zón. Pretlak v čistom priestore rastie so stúpajúcou triedou čistoty (okrem zvláštnych prípadov).

Ďalším dôležitým aspektom je distribúcia privádzaného vzduchu vo vnútornom prostredí klimatizovaných miestností. Návrh by mal zohľadňovať ochranu spomínaného personálu a pacienta (v prípade výrobných čistých priestorov produktu) a čo najrýchlejší odvod nečistôt z tohto priestoru. Z hľadiska konštrukčného vyhotovenia vzduchotechniky môže byť čistý priestor riešený ako:

• § čistý box (pobyt osôb nie je možný),
• § čistá kabína (pobyt osôb je možný),
• § čistá miestnosť (pobyt osôb je možný).

Laminárne pole je vytvorené jednosmerným homogénnym prúdom vzduchu s rýchlosťou prúdenia 0,45 m/s ±20 %. Pole môže byť vytvorené zo vzduchotechnických distribučných prvkov voľne v miestnosti, so zástenou po obvode miestnosti alebo v laminárnych boxoch (obr. č. 2).

Samotné laminárne pole zabezpečuje vysoký stupeň ochrany. Laminárny box sa rozlišuje podľa smeru prúdenia vzduchu na horizontálny a vertikálny box a podľa typu ochrany. Chráni buď produkt, alebo človeka. Najvyšší stupeň ochrany zabezpečujú tzv. izolátory. Do nich sa privádza vzduch aj sa z nich odvádza cez HEPA filtre a práca v nich prebieha v podtlaku a pomocou rukávcov. Prívod vzduchu zabezpečuje centrálna klimatizačná jednotka s celkovou úpravou privádzaného vzduchu. Celkový prietok vzduchu je navrhnutý predovšetkým s ohľadom na intenzitu výmeny vzduchu v miestnosti, na odvod tepelných ziskov, vlhkosti a nečistôt.

PRÍKLAD PROJEKTOVANIA OPERAČNEJ SÁLY Z PRAXE

Predmetom projektu vzduchotechniky bola celková klimatizácia a teplovzdušné vetranie čistých priestorov, vetranie a čiastočná klimatizácia pridružených priestorov v zdravotníckom zariadení, ktoré prechádzalo rozsiahlou rekonštrukciou s cieľom zriadenia chirurgických ambulancií so zákrokovou sálou. Návrh technického riešenia vzduchotechniky zahŕňal výpočet objemového prietoku vonkajšieho vzduchu pre jednotlivé miestnosti (tzv. hygienické minimum) stanovený na základe empirického výpočtu podľa intenzity výmeny vzduchu a podľa dávky vzduchu na človeka; výpočet objemového prietoku odpadového vzduchu pre hygienické miestnosti stanovený podľa dávky vzduchu na zariaďovací predmet; výpočet tepelných ziskov z vnútorných a vonkajších zdrojov tepla; výpočet tepelných ziskov z prívodu vonkajšieho vzduchu; výpočet celkovej tepelnej záťaže; návrh vzduchotechnických vetracích a klimatizačných jednotiek; návrh koncových vonkajších (nasávacích, výfukových) a vnútorných (distribučných) prvkov na prívod a odvod vzduchu; dimenzovanie potrubnej siete a vybavenie jednotlivých vzduchotechnických sústav závesným, tepelnoizolačným a regulačným programom.

Vzhľadom na charakter zdravotníckeho zariadenia sa kládol veľký dôraz na čistotu vzduchu, z čoho vyplývali aj konkrétne požiadavky na kvalitu privádzaného vzduchu do vnútorného prostredia jednotlivých priestorov.

Vzduchotechnika riešila niekoľko samostatných vzduchotechnických zariadení, z ktorých je na ilustráciu vybrané zariadenie č. 1 – klimatizácia a teplovzdušné vetranie zákrokovej sály (obr. č. 3).

 Technické riešenie

Základná charakteristika – navrhovaná vzduchotechnická sústava slúži na celkovú klimatizáciu a teplovzdušné vetranie miestnosti s požadovanou triedou čistoty M 6,5. Celý vnútorný priestor je klimatizovaný a všetky tepelné zisky aj celková tepelná záťaž sú eliminované upraveným vzduchom (filtrovanie, ohrev, chladenie, zvlhčovanie) centrálnou vzduchotechnickou jednotkou s objemovým prietokom privádzaného vzduchu 3 400 m³/h a objemovým prietokom odvádzaného vzduchu 2 720 m³/h. Kvôli hospodárnosti a zvýšeniu energetickej efektívnosti prevádzky pracuje vzduchotechnická sústava so zariadením (VZT jednotkou), ktorá spätne využíva energiu obsiahnutú v odpadovom (odvádzanom) vzduchu formou rekuperácie ako jedným z možných riešení spätného získavania tepla.

Celý článok nájdete v aktuálnom čísle časopisu Eurostav